В июле 2019 года на испытательном стенде для подшипников главных валов компания SKF преодолела важный рубеж, «разогнав» подшипник качения SKF Nautilus до 30 об/мин. Столь высокие частоты вращения могут сократить как длительность, так и стоимость ресурсных испытаний.

Испытания проводились в передовом промышленном Испытательном центре им. Свена Вингквиста (SWTC) в Швайнфурте, Германия. Этот отмеченный наградами центр был специально создан для проведения испытаний крупногабаритных подшипников и обеспечения их соответствия отраслевым требованиям.

Мощный испытательный стенд

Испытательные стенды центра SWTC предназначены для воспроизведения в течение нескольких недель любых нагрузок, которым подшипник может подвергаться в полевых условиях в течение многих лет. Эта ускоренная программа испытаний экономит время, деньги и энергию.

Испытательный центр SWTC, помимо прочего, располагает самым мощным в мире испытательным стендом для крупногабаритных подшипников главных валов с возможностью испытания одиночных подшипников с наружным диаметром до шести метров, а также подшипников в сборе и сопряжённых деталей. Стефан Энгберс, специалист по разработке продукции в Экспертном центре разработки и применения главных валов ветровых турбин, поясняет: «Испытательный стенд для подшипников главных валов позволяет нам создавать реалистичные ветровые нагрузки, которым подвергаются турбины в полевых условиях, с очень высокими динамическими изменениями. Мы можем исследовать динамику подшипников в нормальных и экстремальных условиях эксплуатации, таких как шторм, отказ турбины, землетрясения и т. д.»

Режим испытаний

До появления испытательного стенда для подшипников главных валов возможности проведения испытаний были ограничены из-за отсутствия подходящих испытательных стендов для крупногабаритных подшипников, а также из-за трудностей, связанных с испытаниями таких огромных компонентов. Испытательный стенд для подшипников главных валов позволяет проводить различные испытания, которые могут длиться минуты, недели или месяцы. На нём можно измерять следующие параметры: температура во множестве точек, начальная нагрузка, частота вращения, крутящий момент испытательного стенда, момент трения подшипника, вибрации подшипника и испытательной установки, кинематика роликов, а также деформации конструкции испытательного стенда.

Благодаря интеллектуальным датчикам, разработанным SKF, можно заглянуть непосредственно внутрь подшипника. «Мы можем измерить нагрузку на ролики и, таким образом, оценить нагруженную зону подшипника, — говорит Энгберс. — Кроме того, мы можем определить, насколько быстро вращаются ролики, проскальзывают ли они, и многое другое. Мы можем сравнить результаты этих измерений с результатами, полученными при помощи средств моделирования SKF, — продолжает он, — и мы видим очень хорошую корреляцию между этими результатами, что позволяет развивать возможности SKF в области испытаний и моделирования».

На Испытательном стенде для подшипников главных валов испытываемый подшипник был разогнан до 30 об/мин. Это важный рубеж и в настоящее время — предельное значение для испытательного стенда. Более высокие частоты вращения напрямую увеличивают количество перекатываний в подшипнике, что помогает выполнить требования ресурсных испытаний за гораздо более короткое время и, в свою очередь, влияет на стоимость и продолжительность испытаний. Возможность развивать предельную частоту вращения критически важна для деталей подшипника (например, сегментов сепаратора). Из-за более высокой частоты вращения значительно увеличиваются силы, действующие на детали, Эти силы вызваны инерцией и воздействием роликов на борта и сепараторы. Комплект роликов, который вращается примерно в два раза медленнее подшипника, весит 1,6 тонны — как автомобиль среднего размера. Для ускорения от 0 до 30 об/мин испытательный стенд для подшипников главных валов способен развивать мощность 880 кВт. Для информации: примерный диапазон частоты вращения роторов крупногабаритных ветряных турбин составляет от 5 до 20 об/мин. Более высокие частоты вращения позволяют сократить время испытаний и проводить испытания в экстремальных условиях.

«Знания, полученные в ходе этих серий испытаний, закладывают прочную основу для разработки будущих изделий и областей применения, что позволит SKF сохранить лидирующие позиции в своём классе в отношении продукции и в самой отрасли», — комментирует Юрген Райхерт, куратор и менеджер проекта, специалист Экспертного центра разработки и применения главных валов ветровых турбин. «Испытания главных валов повлияют на отрасль благодаря сокращению времени от разработки до запуска в серийное производство, повышению надёжности продукции и снижению затрат и рисков», — добавляет руководитель Испытательного центра SWTC Томас Зика.

Текущая серия испытаний будет завершена к концу 2020 года, а затем планируется начало испытаний следующего подшипника с другой внутренней геометрией. Для оптимального использования Испытательного стенда для подшипников главных валов сейчас разрабатываются серии испытаний на 2021 и последующие годы.

Путь в будущее

На данный момент испытания позволили сопоставить собранные данные испытаний в различных смоделированных условиях эксплуатации.

«Результаты сбора данных нас очень порадовали, — говорит Энгберс. — Мы возлагаем большие надежды на предстоящие серии испытаний. Испытания в таких предельных условиях крайне важны для разработки надёжных турбин, особенно с учётом того, что в будущем класс мощности ветряных турбин превысит 15 МВт».

Испытания подшипника Nautilus будут продолжены с применением высоких динамических нагрузок, реальных ветровых нагрузок и нагрузок для ресурсных испытаний, а цикл испытаний будет продолжаться непрерывно в течение нескольких недель.

В дополнение к испытаниям подшипника Nautilus в Испытательном центре SWTC, который оснащён четырьмя испытательными стендами, будут испытаны подшипники и других типов. В частности — крупногабаритные многорядные цилиндрические роликоподшипники, однорядные конические роликоподшипники, сферические роликоподшипники, тороидальные роликоподшипники CARB и другие типы подшипников.

Подшипники SKF Nautilus

SKF Nautilus — это гигант в мире подшипников с наружным диаметром до 4 метров и весом до 14 тонн. Он используется в качестве подшипника главного вала для морских ветряных турбин мощностью 8 МВт. Являясь подшипником главного вала, он удерживает массу ротора и лопастей, а также воспринимает ветровые нагрузки, действующие на ротор.

SKF Nautilus — это двухрядный конический роликоподшипник. Такие подшипники устанавливаются по O-образной схеме. Он заменяет собой два одиночных подшипника, что позволяет сделать всю трансмиссию более компактной. Кроме того, для специальных подшипниковых узлов подшипник SKF Nautilus может быть интегрирован в редуктор, хотя при этом всё равно он остаётся подшипником главного вала.

Ожидается, что срок службы подшипников SKF Nautilus составит более 20 лет, поэтому чрезвычайно важна возможность проведения их тщательных испытаний.